4.3. Электробалансы электроприводов

Постоянные потери. Потери холостого хода всего агрегата, состоящего из приводного двигателя и исполнительного механизма (металлообрабатывающего станка, компрессора, вентилятора и т. п.), включают в себя электрические потери в стали двигателя P_ст, его обмотках (меди) P_мо и механические потери в агрегате P_мех:

Р_х = Р_ст + Р_мо + Р_мех . (4.7)

Разделения потерь в стали двигателя и механических в агрегате при составлении БЭЭ обычно не требуется, так как достигаемые при этом уточнения не оправдывают усложнения расчетов и увеличения их трудоемкости. Поскольку обе эти составляющие уравнения (4.7) мало зависят от нагрузки, их можно считать постоянными:

Р_ст + Р_мех = Р_пост , (4.8)

вследствие чего Р_х = Р_пост + Р_мо или

Р_пост = Р_х – Р_мо = Р_х – 3I ²_х R_дв 10^-3. (4.9)

Постоянные потери P_пост (кВт) определяют непосредственным измерением тока I_х и мощности P_х, потребляемых в этом режиме из сети.

Входящее в формулу (4.9) сопротивление R_дв представляет собой сумму активного сопротивления статора двигателя при 75 ºС, которое определяется по справочным данным или измеряется, и приведенного активного сопротивления ротора: R_дв = R_ст + R_рот, причем R_рот = = (1,0210³P_ном s)/(n₂ 2I²_ном), где P_ном – номинальная мощность двигателя на валу; s – скольжение при номинальной нагрузке, %; n₂ – номинальная частота вращения, об/мин; I_ном – номинальный ток двигателя.

Измерения производятся на одном агрегате (станке), принятом в качестве типового для данной группы. При необходимости определения постоянных потерь в других агрегатах группы пересчет выполняют по формуле

где P_пост.т – потери в типовом двигателе; t_выб.х, t_выб.т – время самоторможения исследуемого и типового агрегатов соответственно.

В качестве типового станка следует выбирать тот, у которого время самоторможения ближе к среднему арифметическому времени самоторможения всех станков данной группы. Измерения, связанные с определением постоянных потерь в агрегатах, надо проводить при скоростях, наиболее типичных для большинства работ, выполняемых на данном станке.

Потери при нагрузке. Средние потери активной мощности в приводном двигателе в течение смены

(4.10)

где k_ф – коэффициент формы графика нагрузки; Ī_см – средний ток за смену; k_доп – коэффициент, отражающий дополнительные потери в двигателе при нагрузке (k_доп  1);

Коэффициент формы определяется по выражению

, (4.11)

где t_см = t₂ – t₁; I_к – средний ток за отрезок времени t_к.

Для расчета k_ф по формуле (4.11) необходимо производить измерения тока (амперметром или токоизмерительными клещами) через определенные промежутки времени t, причем точность расчета будет тем выше, чем меньше эти промежутки. Считая, что на протяжении отрезка ток и напряжение неизменны, выражение (4.9) можно записать в виде

. (4.12)

При измерении с помощью счетчиков активной и реактивной энергии полная мощность определяется

.

Записи показаний счетчиков удобно вести через равные промежутки времени, общее количество которых в течение смены равно n, т. е.t_см = nt. Тогда выражение (4.12) примет вид

.

Дальнейшее упрощение расчета коэффициента формы сменного графика электропотребления агрегата заключается в предположении постоянства значения cos . Безусловно, это допущение применительно к отдельным приводам связано с возможностью внесения в расчет некоторой ошибки. Однако, учитывая существенное упрощение исследований при таком предположении, а также приближенный характер расчетов БЭЭ, запишем

.

Заметим, что знаменатель формулы равен активной энергии, израсходованной за смену, т. е.

.

Вполне достаточной следует считать запись показаний счетчиков один раз в час, а в тех случаях, когда исследования электробаланса совмещаются с исследованиями электрических нагрузок, – один раз в 30 минут.

Формула (4.8) предусматривает использование в расчетах усредненных величин k_ф и I_см, т. е. их математических ожиданий. Обычно ограничиваются вычислением этих величин за характерную, наиболее загруженную смену.

Средние потери энергии за смену – постоянные и нагрузочные – можно определить, умножая соответствующие составляющие потерь мощности (4.7) и (4.8) на t_см, которое находится по формуле (4.1) или (4.2).

Расход энергии на технологический процесс в течение смены

,

а за сутки

W_т.сут =W_т.см k_см .

Сопоставление величин отдельных статей расходной части БЭЭ позволяет судить о состоянии механической части агрегата, загрузке приводного двигателя и станка и т. п. Так, большие относительные постоянные потери свидетельствуют о плохом механическом состоянии станка, малые нагрузочные – о недогрузке приводного двигателя.

Электробалансы компрессорных агрегатов составляются на основе тех же принципов, что были изложены и проиллюстрированы выше. Некоторые особенности появляются в случае применения для привода мощных компрессоров синхронных двигателей.